WPŁYW MAŁYCH DODATKÓW WANADU I NIOBU NA STRUKTUR I WŁACIWOCI MECHANICZNE ELIWA SFEROIDALNEGO

Transkrypt

1 43/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(1/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (1/2) PAN Katowice PL ISSN WPŁYW MAŁYCH DODATKÓW WANADU I NIOBU NA STRUKTUR I WŁACIWOCI MECHANICZNE ELIWA SFEROIDALNEGO E. FRA 1, M. KAWALEC 2, Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki bada wpływu małych dodatków wanadu (do 0,15 V) oraz niobu (do 0,04 Nb) na struktur eliwa sferoidalnego. Okrelono wpływ tych dodatków na rozkłady rednic i liczb kulek grafitu, oraz udziały i liczb wglików wanadu i niobu. Wykonano badania wpływu dodatków wanadu i niobu na właciwoci mechaniczne eliwa sferoidalnego, uwzgldniajc wytrzymało na rozciganie, umown granic plastycznoci oraz wydłuenie eliwa. Key words: nodular cast iron, structure, vanadium carbide, niobium carbide 1. WPROWADZENIE eliwo sferoidalne jest cennym materiałem konstrukcyjnym i w zalenoci od jego osnowy (ferrytyczna, ferrytyczno-pelityczna, perlityczna, martenzytyczna i ausferrytyczna) oferuje szeroki zakres właciwoci mechanicznych przy równoczesnym zachowaniu dobrej odpornoci na cieranie i duej zdolnoci do tłumienia drga mechanicznych [1]. Uwzgldniajc te właciwoci oraz koszty wytwarzania, okazuje si w wielu przypadkach, e odlewy z eliwa sferoidalnego mog by zamiennikami droszych odkuwek z niektórych gatunków stali. Z praktyki odlewniczej wynika, e w wielu przypadkach produkcji eliwa sferoidalnego o osnowie ferrytycznej przy spełnieniu wymaga norm odnonie do wytrzymałoci na rozciganie i wydłuenia nie zawsze udaje si spełni tych wymaga w zakresie umownej granicy 1 prof. zw. dr hab. in., edfras@uci.agh.edu.pl 2 mgr in., kawalec@uci.agh.edu.pl

2 plastycznoci. Celem naszej pracy s badania pozwalajce stwierdzi czy powyszy problem mona rozwiza za pomoc małych dodatków wanadu i niobu. 2. METODYKA BADA eliwo otrzymano w piecu indukcyjnym redniej czstotliwoci o pojemnoci tygla 15kg. Jako materiały wsadowe stosowano surówk odlewnicz, złom stalowy, elazo-wanad 80 i elazo-niob 80. Po przegrzaniu kpieli do 1500 C, eliwo odlewano do form piaskowych odtwarzajcych znormalizowane odlewy typu Y. Zabieg sferoidyzacji i modyfikacji eliwa wykonano w układzie wlewowym formy z uyciem zaprawy Fe-Si-9Mg, modyfikatora Foundrysil zawierajcego 0,5 Ce w ilociach odpowiednio 1,0 i 0,8 masy kpieli. Z otrzymanych odlewów wycinano próbki do bada wytrzymałociowych o rednicy pomiarowej 8 mm. Wska niki wytrzymało- ciowe otrzymanego eliwa to jest: wytrzymało na rozciganie R m, umowna granica plastycznoci R 0,2 oraz wydłuenie A okrelano z wykorzystaniem maszyny wytrzymałociowej typu INSTRON. Po wykonaniu bada wytrzymałociowych z kocówek próbek wycinano próbki do bada metalograficznych w celu okrelenia udziału perlitu, grafitu f gr i wglików f w, rednic kulek grafitu, liczby kulek grafitu N F oraz wglików N w wykorzystujc do tego celu ilociowy analizator obrazu typu LEICA i mikroskop skaningowy JOEL. 3. WYNIKI BADA Wyniki bada wpływu wanadu i niobu na struktur i właciwoci mechaniczne eliwa zestawiono w tabelach 1 4 i pokazano na rysunkach 1 5. Wpływ małych dodatków wanadu i niobu na rodzaj osnowy jest w zasadzie pomijalnie mały, gdy udział perlitu zmieniał si w zakresie od 3 do 7. Wpływ dodatków wanadu i niobu na rozkład rednic kulek grafitu pokazuj rysunki 3 i 5. Mona zauway, e w porównaniu do wanadu, niob zwiksza liczb kulek o małej rednicy. Z bada wynika, e w miar powikszania si zawartoci wanadu i niobu w eliwie zwiksza si liczba wydziele wglików wanadu i niobu N w oraz ich udział f W (tabele 2 i 4). Odpowiednio do tego zwiksza si wytrzymało na rozciganie R m i umowna granica plastycznoci R 0,2 oraz zmniejsza si wydłuenie A eliwa (tabele 1 i 3, rys. 1). Tabela 1. Skład chemiczny i właciwoci mechaniczne Table 1. Chemical composition and mechanical properties Nr wytopu C, Si, V, R m, MPa R 0,2, MPa A, w1 3,56 2,00 0, w2 3,62 1,98 0, w3 3,63 2,03 0, w4 3,77 2,22 0, w5 3,24 1,98 0, w6 3, , w7 3,45 2,09 0, Mn = 0,01, S = 0,005-0,01 ; Mg = 0,040 0,

3 Rm, R0,2, MP a R m R 0,2 Rm, R0,2, MP a R m R 0, V, Nb, A, V, A, Nb, Rys. 1. Wpływ wanadu i niobu na właciwoci mechaniczne eliwa sferoidalnego Fig. 1. Influence of vanadium and niobium on mechanical properties of nodule cast iron Tabela 2. Wska niki struktury eliwa Table 2. Structure indicators of cast iron Nr wytopu N F mm -2 f gr m W ,5 0 0 W ,7 6, ,03 W ,1 7, ,02 W , ,02 W ,4 8, ,09 W ,3 8, ,33 W ,0 7, ,37 Tabela 3. Skład chemiczny i właciwoci mechaniczne Table3. Chemical composition and mechanical properties Nr wytopu C Si Nb R m MPa R o,2 Mpa A Nb1 3,75 1,92 0, Nb2 3,63 2,06 0, Nb3 3,71 2,02 0, Nb4 3, , Nb5 3,63 2,10 0, Mn = 0,01 ; S = 0,005-0,01, Mg = 0,040-0,045 d sr N w f w 385

4 a) b) Rys. 2. Wygld osnowy eliwa (a) oraz wglików wanadu (b) Fig. 2. Appearance of matrix (a) and vanadium carbides (b) w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 Rys. 3. Rozkłady rednic grafitu kulkowego w eliwie z dodatkami wanadu Fig. 3. Distributions of graphite diameter in cast iron with vanadium additions 386

5 a) b) Rys. 4. Wygld osnowy eliwa (a) oraz wglików niobu (b) Fig. 4. Appearance of matrix (a) and niobium carbides (b) Nb1 Nb2 Nb3 Nb4 Nb5 Rys. 5. Rozkłady rednic grafitu kulkowego w eliwie z dodatkami niobu Fig. 5. Distributions of graphite diameter in cast iron with niobium additions 387

6 Tabela 4. Wska niki struktury eliwa Table 4. Structure indicators of cast iron Nr wytopu Nb N F f gr d sr N w f w mm -2 m Nb1 0, ,5 0 0 Nb2 0, ,3 12,2 0 0 Nb3 0, ,9 13,9 96 0,01 Nb4 0, ,7 14, ,12 Nb5 0, ,7 14, ,13 Analizujc wpływ wanadu na właciwoci mechaniczne eliwa (Tabela 1), mona stwierdzi, e dodatek 0,15 V powiksza wytrzmało na roziganie R m o około 15 i w nieco wikszym ( 18) stopniu umown granic plastycznoci R 0,2 lecz równoczenie w jeszcze wikszym stopniu ( 26) obnia wydłuenie eilwa sferoidalnego. Podobny kierunek oddziaływania na właciwoci mechaniczne eliwa sferoidalnego wykazuje niob (tabela 3). 4. WNIOSKI Małe dodatki wanadu i niobu do eliwa sferoidalnego zwikszaj jego wytrzmało na rozciganie R m i umown granic plastycznoci lecz równoczenie w jeszcze wikszym stopniu obniaj jego wydłuenie. Praca wykonana w ramach projektu badawczego KBN Nr. 3 T08B LITERATURA [1] C. Podrzucki, eliwo, ZG STOP, Kraków, EFFECT OF SMALL ADDITIONS OF VANADIUM AND NIOBIUM ON STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF NODULAR CAST IRON SUMMARY Results investigations of influence of small additions of vanadium (do 0,15 V) and niobium ( do 0,04 Nb) on structure of nodular cast iron was presented in this work. Effect these additions on distribution of graphite diameter, nodule count, fraction and carbide count has been determined. Investigations of effect of small additions of vanadium and niobium on mechanical properties taking into account tensile strength, yiels strength and elongation has been also made. Recenzował: prof. Jan Głownia. 388